強降雨對空心復合絕緣子操作沖擊閃絡特性的影響

劉志強，郝宇亮，申 萌，鐘 磊

強降雨對空心復合絕緣子操作沖擊閃絡特性的影響

劉志強，郝宇亮，申 萌，鐘 磊

（西安高壓電器研究院有限責任公司，西安710077）

強降雨引起的電力系統(tǒng)閃絡事故越來越多，因此研究強降雨對電氣設備放電特性的影響顯得尤為重要。淋雨狀態(tài)主要由降雨強度、雨水電阻率等因素決定。選取252 kV空心復合絕緣子為樣品，通過建立模擬淋雨平臺，研究了空心復合絕緣子在不同淋雨狀態(tài)下的操作沖擊閃絡特性。試驗結(jié)果表明：空心復合絕緣子在不同雨量下的外絕緣由負極性操作波電壓來決定；隨著雨水電導率的增加，操作濕閃絡電壓不斷降低，雨水電導率大于1 000 μS/cm以后時，操作濕閃絡電壓降低程度較為平緩并呈現(xiàn)出平穩(wěn)趨勢。

強降雨；空心絕緣子；操作沖擊；閃絡特性

0 引言

近年來異常極端的氣候事件增多，暴雨甚至大暴雨出現(xiàn)的次數(shù)增加。觀測數(shù)據(jù)表明我國部分地區(qū)的瞬間降雨強度可達10 mm/min以上，雨水電導率可高達2 000 μS/cm[1]。在如此嚴酷的氣候條件下，電力公司關于雨閃事故的報道顯著增多，強降雨引發(fā)的閃絡事故已嚴重影響到電力網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全運行。

目前在進行絕緣子的外絕緣設計時，一般不考慮強降雨情況對絕緣子外絕緣放電特性的影響。雖然高壓輸電設備已通過了型式試驗及出廠試驗的多次考核，但國內(nèi)外不斷發(fā)生的雨閃事故表明，降雨尤其是暴雨、大暴雨等惡劣氣候條件對設備放電特性的影響十分嚴重。

筆者通過模擬強降雨氣候，對空心絕緣子沖擊閃絡特性進行系統(tǒng)的試驗研究。研究不同降雨強度、雨水電阻率、雨水溫度等因素對空心絕緣子沖擊閃絡特性的影響，得出不同降雨強度、不同雨水電阻率、不同雨水溫度下空心絕緣子的操作沖擊閃絡特性的變化規(guī)律。有關結(jié)論可為相關設計和標準修訂提供依據(jù)[2-3]。

1 試驗裝置、方法及試驗布置

1.1 試驗裝置

試驗電源是由4 800 kV/480 kJ沖擊電壓發(fā)生器提供，試驗原理接線圖見圖1。

圖1 沖擊電壓試驗回路圖Fig.1 The circuit diagram of impulse voltage test

淋雨裝置采用升降式可行走結(jié)構(gòu)，為液壓升降，可依照不同試品移動噴淋位置?？烧{(diào)整噴頭的出水方向和大小，降雨均勻系數(shù)K大于0.8。試驗用雨水為添加一定量NaCl純凈水配配制而成。

試驗淋雨強度的測量采用SRY-1型容柵式雨量計。雨水電導率測量使用CON510臺式電導率儀。大氣參數(shù)采用THP-2000溫濕度記錄儀。

1.2 試品的選擇與布置

復合空心絕緣子應用于電氣領域已接近25年，它與瓷絕緣子相比具有優(yōu)異的防爆性，憎水性、耐污性能好，抗震性能好、重量輕、可靠性高、免維護、免清洗、交貨期短等優(yōu)點[4-6]。筆者選擇252 kV復合空心絕緣子（寶塔形、爬電比距為3.1 cm/kV）進行試驗，見圖2。

1.3 試驗數(shù)據(jù)處理

筆者按GB/T16927.1—2011規(guī)定的50%沖擊閃絡電壓程序求取50%閃絡電壓值。為了減少大氣條件對試驗結(jié)果的影響，每一個狀態(tài)的試驗全部都在同一天內(nèi)完成，文中的所有試驗數(shù)據(jù)均按GB/T16927.1—2011修正到標準狀態(tài)下的值。

試驗時，每隔（15～20）min測量一次降雨強度，確保其在有效范圍之內(nèi)。每個狀態(tài)下進行多次加壓，舍棄標準偏差大于3%的試驗結(jié)果，最終確保有效的閃絡電壓至不少于30個[7-8]。

圖2 試品照片F(xiàn)ig.2 Photo of test object

2 強降雨下空心絕緣子操作沖擊放電特性

降雨狀況主要由降雨強度、雨水電導率兩個要素組成，筆者分別對這2個要素進行單獨試驗研究，即在研究一個要素時，另外一個要素保持不變。

2.1 降雨強度的影響

試驗中雨強參數(shù)的選取范圍為：大雨2 mm/min，暴雨4mm/min，大暴雨6mm/min，特大暴雨8mm/min，涵蓋從大雨到特大暴雨的各種雨型[9-10]。

將空心絕緣子直立安裝，雨水電阻率調(diào)到100 Ω·m。在未淋雨即全干（自然干燥）時先試驗求得該空心絕緣子的50%操作閃絡電壓，然后打開淋雨排，淋雨15 min后再關閉淋雨立即再測其50%操作閃絡電壓，隨后由小到大、再由大到小分別模擬不同雨型進行試驗。不同雨強下操作閃絡電壓見圖3。

圖3 雨強對操作沖擊閃絡電壓的影響Fig.3 Influence of rainfall intensity on switching impulse flashover voltage

對于正極性操作波電壓，雨量的改變對閃絡電壓沒有影響，干、濕兩種狀態(tài)下的50%閃絡電壓幾乎相同但是，在負極性操作波電壓下，淋雨急劇地降低了空心復合絕緣子的50%閃絡電壓。由此可見，在操作波電壓下，空心復合絕緣子在不同雨量下的外絕緣主要由負極性操作波電壓來決定。

2.2 雨水電導率的影響

自然環(huán)境中雨水電導率隨地區(qū)的差異及其空氣質(zhì)量狀況的不同會有很大變化，雨水電導率變化范圍一般在（40～1 000）μS/cm之間[11]。

試驗選擇的雨水電導率范圍為（80～2 000）μS/cm（即電阻率（5～125）Ω·m）[12]。本試驗中的雨水電導率值均校正到20℃時的測量結(jié)果。

在降雨強度分別為2 mm/min、4 mm/min、6 mm/min，絕緣子直立安裝，變化雨水電導率時，50%操作沖擊閃絡電壓見表1和表2。

表1 雨水電導率對正極性操作沖擊閃絡電壓的影響Table 1 Influence of rain conductivity on positive switching impulse flashover voltage kV

表2 雨水電導率對負極性操作沖擊閃絡電壓的影響Table 2 Influence of rain conductivity on negative switching impulse flashover voltage kV

由表1和表2可知，在自然界雨水電導率的變化范圍內(nèi)[13]，隨著電導率增加，空心絕緣子的正、負極性操作沖擊閃絡電壓會降低，但雨水電導率對空心復合絕緣子操作沖擊閃絡電壓的影響相對降雨強度的影響更小。

在試驗范圍內(nèi)，隨著雨水電導率的增加，操作濕閃絡電壓不斷降低，雨水電導率大于1 000 μS/cm以后時，操作濕閃絡電壓降低程度較為平緩并呈現(xiàn)出平穩(wěn)趨勢。

3 結(jié)論

筆者分別改變淋雨狀況的降雨強度、雨水電導率2個要素，對252 kV空心復合絕緣子的沖擊閃絡電壓進行試驗研究，得到結(jié)論如下：

1）對于正極性操作波電壓，雨量的變化對操作沖擊濕閃絡電壓沒有影響，且干、濕兩種狀態(tài)下的閃絡電壓幾乎相同。在負極性操作波電壓下，雨量增大時，空心復合絕緣子的操作沖擊濕閃絡電壓急劇降低。在操作波電壓下，空心復合絕緣子在不同雨量下的外絕緣主要由負極性操作波電壓來決定。

2）隨著雨水電導率的增加，正、負極性操作濕閃絡電壓不斷降低，雨水電導率大于1 000 μS/cm以后時，操作濕閃絡電壓降低程度較為平緩并呈現(xiàn)出平穩(wěn)趨勢。

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Influence of Heavy Rainfall on Switching Impulse Flashover Characteristics of Composite Hollow Insulator

LIU Zhiqiang，HAO Yuliang，SHEN Meng，ZHONG Lei
（Xi′an High Voltage Apparatus Research Institute Co.，Ltd.，Xi′an 710077，China）

The number of flashover accidents occurred by heavy rainfall in power system is increas?ing，so it is particularly important to study the influence of heavy rainfall on the discharge characteristics of electrical equipment.The rain state is mainly determined by the factors of rainfall intensity，rain resis?tivity and other factors.Selecting 252 kV composite hollow insulator as the sample and establishing rain simulation platform，switching impulse flashover characteristics of composite hollow insulator are re?searched in different rain conditions.The results show that the external insulation of the composite hollow insulator is determined by the negative switching wave voltage in the different rainfall intensity.With the increase of rain conductivity，the wet switching impulse flashover voltage continuously decreases，and when the rain conductivity is greater than1 000 μS/cm，the degree of the wet switching impulse flashover voltage decreases more gentle and shows a steady trend.

heavy rainfall；hollow insulator；switching impulse；flashover characteristics

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.06.039

2016-05-22

劉志強（1979—），男，工程師，現(xiàn)從事高壓電器和絕緣子試驗。